1、相变原理复习习题第一章 固态相变概论相变：指在外界条件(如温度、压力等 )发生变化时，体系发生的从一相到另一相的变化过程。固态相变：金属或陶瓷等固态材料在温度和/或压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一种相状态到另一种相状态的改变。共格界面：若两相晶体结构相同、点阵常数相等、或者两相晶体结构和点阵常数虽有差异，单存在一组特定的晶体学平面使两相原子之间产生完全匹配。此时，界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置，界面上原子为两相所共有，这种界面称为共格界面。当两相之间的共格关系依靠正应变来维持时，称为第一类共格；而以切应变来维持时，成为第二类共格。半共格界面：半共格界面的特点：在界
2、面上除了位错核心部分以外，其他地方几乎完全匹配。在位错核心部分的结构是严重扭曲的，并且点阵面是不连续的。非共格界面：当两相界面处的原子排列差异很大，即错配度 很大时，两相原子之间的匹配关系便不在维持，这种界面称为非共格界面；一般认为，错配度小于 0.05 时两相可以构成完全的共格界面；错配度大于 0.25 时易形成非共格界面；错配度介于 0.050.25 之间，则易形成半共格界面。一级相变：相变前后若两相的自由能相等，但自由能的一级偏微商（一阶导数）不等的相变。特征：相变时：体积 V，熵 S，热焓 H 发生突变，即为不连续变化。晶体的熔化、升华，液体的凝固、气化，气体的凝聚，晶体中大多数晶型转
3、变等。二级相变：相变时两相的自由能及一级偏微商相等，二级偏微商不等。特征：在临界点处，这时两相的化学位、熵 S 和体积 V 相同；但等压热容量 Cp、等温压缩系数 、等压热膨胀系数 突变。例如：合金的有序-无序转变、铁磁性 -顺磁性转变、超导态转变等。均匀相变：没有明显的相界面，相变是在整体中均匀进行的，相变过程中的涨落程度很小而空间范围很大。特点：A: 无需形核；B: 无明确相界面；非均匀相变：是通过新相的成核生长来实现的，相变过程中母相与新相共存，涨落的程度很大而空间范围很小。特点：A：即为形核-长大型相变； B: 新旧相差别较大（结构或成分） ；C: 相变过程中母相与新相共存形核功：晶核
4、长大到 r* 所需克服的能垒，或所做的功。晶核长大的两个伴随过程：即为界面过程（满足结构） ；传质过程（满足成分）相变动力学：研究新相形成量(体积分数 )与时间、温度关系的学科称为相变动力学。新相颗粒的粗化：粗化是指在相变过程中所形成的新相颗粒平均尺寸增大的动力学过程什么是扩散型相变？如温度足够高，原子活动能力足够强，新相的形核和长大主要依靠原子进行长距离的扩散，即相变是依靠相界面的扩散移动而进行的。因而扩散便成了这类相变中起控制作用的因素之一。其特点如下：A: 相变过程有原子扩散，相变速率受原子扩散速度控制；B: 新、旧相成分不同；C:新、旧相比容不同引起体积变化，但宏观形状不变。D:相界面
5、是非共格的。什么是非扩散型相变？相变过程中原子不发生扩散，低温下发生。参与转变的所有原子运动是协调一致的，原子只作有规则的迁移以使晶体点阵重组，原子迁移范围有限不超过一个原子间距。其特点如下：1）存在均匀切变引起宏观变形；2）相变无扩散，新、旧相化学成分相同；3）新、旧相之间存在一定晶体学取向关系；4）相界面是共格的；5）相变速度快；相变过程的推动力有哪些？相变过程的推动力应为过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压。固态相变的阻力有哪些？金属固态相变时的相变阻力应包括界面能和弹性应变能两项。当界面共格时，可以降低界面能，但使弹性应变能增大。当界面不共格时，盘(片) 状新相的弹性应变能最低，但界面能较
6、高；而球状新相的界面能最低，但弹性应变能却最大。物相的突变体现在那些方面？（1）从一种结构变化为另一种结构:结构变化（2）化学成分的不连续变化（3）某种物理性质的跃变以上三种情况可以单独出现，也可以同时出现。试总结固态相变的特征？1、相界面特殊（不同类型，具有不同界面能和应变能）2、 新旧相之间存在一定位向关系与惯习面3、相变阻力大（弹性应变能作用）4、易产生过渡相（降低形核功）5、晶体缺陷的影响（提供驱动力）为什么固态相变中出现过渡相?当稳定的新相与母相的晶体结构差异较大时，母相往往不直接转变为自由能最低的稳定新相，而是先形成晶体结构或成分与母相比较接近、自由能比母相稍低些的亚稳定的过渡相。
7、此时，过渡相往往具有界面能较低的共格界面或半共格界面，以降低形核功，使形核容易进行。晶体缺陷对固态相变形核有什么影响？ 晶体缺陷是能量起伏、结构起伏和成分起伏最大的区域，在这些区域形核时，原子扩散激活能低，扩散速度快，相变应力容易被松弛。在固态相变中，从能量的观点来看，均匀形核的形核功最大，空位形核次之，位错形核更次之，晶界非均匀形核的形核功最小。试对固态相变的相变阻力进行分析？固态相变阻力包括界面能和应变能，这是由于发生相变时形成新界面，比容不同都需要消耗能量。（1）界面能：是指形成单位面积的界面时，系统吉布斯自由能的变化值。其大小和化学键的数目、强度有关。共格界面的化学键数目、强度没有发生
8、大的变化，最小；半共格界面产生错配位错，化学键发生变化，次之；非共格界面化学键破坏最厉害，最大。（2）应变能 错配度引起的应变能（共格应变能）：共格界面由错配度引起的应变能最大，半共格界面次之，非共格界面最小。 比容差引起的应变能（体积应变能）：和新相的形状有关，球状由于比容差引起的应变能最大，针状次之，片状最小。分析晶体缺陷对固态相变中新相形核的作用。固相中存在各种晶体缺陷，如空位、位错、层错、晶界等，如果在晶体缺陷处形核，随着核的形成，缺陷将消失，缺陷的能量将给出以供形核的需要，使临界形核功下降，故缺陷促进形核。（1）空位：过饱和空位聚集，崩塌形成位错，能量释放而促进形核，空位有利于扩散，
9、有利于形核。（2）位错：形成新相，位错线消失，会释放能量，促进形核位错线不消失，依附在界面上，变成半共格界面，减少应变能。位错线附近溶质原子易偏聚，形成浓度起伏，利于形核。位错是快速扩散的通道。位错分解为不全位错和层错，有利于形核。请对液固界面的类型进行阐述。从原子尺度看液固界面的微观结构可分为两大类：（1）粗糙界面：界面固相一侧的点阵位置只有约 50%被固相原子所占据，形成坑坑洼洼、凹凸不平的界面结构。粗糙界面也称“非小晶面”或“非小平面” 。（2）光滑界面：界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子所占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。从相界面的迁移角度出发，请对界
10、面进行阐述？从相界面的迁移看，界面可分为滑动型界面和非滑动型界面。滑动型界面：是依靠界面上位错的运动而促使界面向母相中移动。滑动型界面迁移的特点为：a: 滑动界面的移动与温度无关；b:是非热激活的；c: 包括共格和半共格界面；故界面移动速度不随温度降低而下降，在很低的温度下仍能以很高的速度移动。非滑动型界面：单个原子随机地从一相跳跃过界面而黏附在另一相。非滑动型界面迁移的特点为：a: 非滑动界面的移动对温度非常敏感；b:是热激活的；c: 包括共格、半共格、非共格、固液、固气界面；固态相变的长大类型？按照长大是涉及滑动还是非滑动界面将相变分为两大类。（1）协同型长大：又称队列型转变（或军队式转变
11、，或无扩散转变） ，转变时，每个原子相对于其相邻原子都以同一矢量运动，运动距离不超过原子间距，运动的结果不改变原有的邻居关系。特点：队列型转变时，任一原子的最近邻在转变前后基本不变；母相与新相成分必须相同；转变不涉及扩散；界面迁移是通过点阵切变完成的，故其长大激活能为零，因此新相长大速度很高。（2）非协同型长大：又称非队列型转变，或平民式转变，原子越过非滑动界面的非协调运动称为非协同型长大。特点：非协同型转变为扩散型转变；转变时原子通过近距离扩散自母相转移到新相而使界面向母相移动。与协同型转变不同，转变的结果破坏了原有的邻居关系；母相与新相成分可以相同，也可以不同。成分相同时，只有原子的近程扩
12、散（界面控制长大） ；成分不同时，新相长大需要通过母相原子的长程扩散（扩散控制长大） 。液固相变长大的机制？（1） 连续生长机制（2 ） 侧向长大机制（光滑界面）二维台阶式长大； 螺旋长大； 孪晶生长机制；固态相变长大机制？跃迁于新相上原子的有两种情况：A:新相和母相有相同的化学组成，那么控制生长速率的过程将是原子由母相穿过界面跃迁于新相上的短扩散过程。属于界面控制长大机制。B:新相和母相具有不同的化学组成，则新相生长不仅需要原子穿越相界面这一环节，同时还涉及有关组分在母相中的长程扩散。此时新相的生长速度将取决于两者中较慢的环节，而多数情况为受控于长程扩散。属于扩散控制机制。试述扩散的台阶机制
13、?在固态相变中，新相母相两相结构不同，但存在某些匹配良好的晶面，那么这些共格界面的生长就会出现类似光滑界面生长的情况，需要借助于台阶的机制。图 台阶生长机制 如上图，AB、CD 和 EF 是不易迁移的共格界面，BC、DE 面是非共格的长大台阶，台阶面上接纳原子比共格宽面上容易。原子加入台阶使台阶侧向移动。界面覆盖后，沿法线方向推移了 1 个台阶厚度。继续长大需要出现新的台阶。新台阶靠在宽面上以非均匀形核方式形成。台阶机制长大由共格宽面上形核产生新台阶的过程所控制，这就是台阶生长机制，当然这种生长方式要慢得多。固态相变速率与哪些因素有关？固态相变速率取决于新相的形核率和长大速率。如何建立 TTT
14、 曲线？将不同温度下的等温转变开始时间和终了时间以及某些特定的转变量所对应的时间绘制在温度时间半对数坐标系中，并将不同温度下的转变开始点和转变终了点以及转变 50%点分别连接成曲线，则可得到过冷奥氏体等温转变图，即 TTT 曲线。TTT 图的有何作用？TTT 图反映了在临界点以下温度等温或以一定冷却速度冷却时过冷奥氏体的转变规律，综合显示了合金元素等对转变动力学的影响以及等温温度或冷却速度对转变产物和性能的影响。可清楚的看出：某相过冷到临界点以下某一温度保温时，相变何时开始，何时转变能量达 50，何时转变终止 相变速率最初是随温度下降而逐渐增大，达到一最大值后又逐渐减小。TTT 图可以为正确选
15、择钢的热处理工艺、分析热处理后的组织和性能以及合理选用钢材等提供依据。TTT 图与平衡相图的区别？平衡相图是热力学相图，反映的是物质的相态随 T、p 及浓度变化而变化的信息。TTT 图是描述某种材料在不同 T、不同 t 相变产物结构及其数量的图，是一种动力学相图。什么是 Gibbs-Thomson 效应?写出其表达式。在第二相析出量基本达到平衡态后，将发生第二相的长大粗化和释放过剩界面能的物理过程，该过程是由于小质点具有较高溶解度引起的。小质点的表面积与体积之比较大，相对来说是不稳定的，有溶解的趋势，而系统中的大质点则会长大。描述这个过程的是著名的 Gibbs-Thomson 效应，其表达式为
16、：2lnBCrVkT什么是 Ostwald Ripening Process ?当母相大致达到平衡浓度后，析出相以界面能为驱动力缓慢长大的过程为奥斯特瓦德熟化过程（Ostwald Ripening Process） 。第二章 重构型固态相变1. 由于形成 F 与 Fe3C 的二相平衡时，体系自由能最低，所以 A 只要在 A1 下保持足够长时间， 就会得到_c_的二相混合物 P。(a) A+P (b) A+Fe3C (c) F+Fe3C (d) A+F2. 在 A1 温度以下发生的 P 转变，奥氏体与铁素体界面上的碳浓度 b _奥氏体与渗碳体界面上碳浓度，从而引起了奥氏体中的碳的扩散。(a) 低
17、于 (b) 高于 (c) 等于 (d) 小于等于3. 发生 P 转变时， Fe3C 形核于_c_或 A 晶内未溶 Fe3C 粒子。 (a) P 晶界 (b) 珠光体团交界处 (c) A 晶界 (d) Fe3C/P 界面4珠光体转变的形核率 I 及长大速度 v 随过冷度的增加_d_。(a) 先减后增 (b) 不变化 (c) 增加 (d) 先增后减5. 共析成分的奥氏体发生珠光体转变时，会发生碳在 和 中的扩散。（a）(a) F 和 A (b) F 和 P (c) P 和 A (d) F 和 Fe3C6. 珠光体等温转变动力学图有一鼻尖，鼻尖对应了形核率和转变速度的_a_。(a) 最大处 (b)
18、最小处 (c) 平均值处 (d) 次大处7奥氏体化温度越高，保温时间越长，珠光体的形核率和长大速度_a_。(a) 越小 (b) 越大 (c) 不变 (d) 先增后减8. 在成分相同的情况下，粒状珠光体的强度和硬度比片状的 _， 塑性 。(d)(a) 较高， 较好 (b) 较低， 较低 (c) 较高， 较低 (d) 较低， 较好9. 由铁碳相图可知，奥氏体转变时，浓度 CA/F （a ）C A/C,，碳原子向 F 一侧扩散，有利于 A 的长大。(a) (c) (d) =10. 珠光体的片层间距随着过冷度的增加而 (a) 。(a) 减小 (b) 不变 (c) 增大 (d) 无规律11. 一般认为共
19、析钢的珠光体转变的领先相是_（a）_。（a）渗碳体 （b）铁素体 （c ）奥氏体 （d）渗碳体和铁素体12. 随着贝氏体形成温度的降低，强度与韧性的逐渐变化规律是 （b） (a) 降低，降低 (b) 增加，增加 (c) 降低，增加 (d) 增加，降低13. 与上贝氏体相比，下贝氏体具有 的强度和 的韧性。(b)(a) 较低，较高 (b) 较高，较高 (c) 较低，较高 (d) 较高，较低14. 上贝氏体转变的形成温度范围是 b 。(a) 550以上 (b) 350550 (c) 350以下 (d) Ms 点以下15. A 转变时，转变温度与临界点 A1 之差称为 过热度 ，它随加热速度的增大而
20、 增大 。相间沉淀组织称为“变态珠光体”或“退化珠光体” ，是纳米级的颗粒状碳化物。16. 碳化物的相间沉淀形式按照片层状是否弯曲，分为平面相间沉淀、弯曲相间沉淀。平面相间沉淀的生长机制是台阶机制，弯曲相间沉淀的生长机制有界面弓出机制和类台阶机制。17. 共析分解（转变）与共晶转变相似，共晶转变所得到两固相的混合物称为共晶组织(体)根据相变特点和组织特征将共晶系合金分为四类：1)端部固溶体合金；2) 亚共晶合金；3)共晶合金；4)过共晶合金。18. 珠光体的形成包括两个过程，即 碳原子重新分布、点阵重构（晶格重组） 。19. 按渗碳体的形态，珠光体分为片状珠光体和粒状珠光体两种。20. 片状珠
21、光体依片间距不同，可以分成珠光体、索氏体、托（屈）氏体三种。21. 母相奥氏体成分均匀时，珠光体领先相往往优先在原奥氏体相界面上形核；当母相成分不均匀时，领先相则可能在晶粒内的亚晶界或缺陷处形核。22. 奥氏体为面心立方结构；珠光体中铁素体为体心立方结构；渗碳体为复杂斜方结构 23. 目前认为贝氏体相变机制有两种，即切变机制与台阶机制，贝氏体相变的主要控制因素是碳的扩散。24. 调幅分解又称失稳分解、或增幅分解、或拐点分解。调幅分解没有形核势垒，是无核相变，通过上坡扩散，最后形成稳定的两相结构。调幅分解的阻力是梯度能与应变能。调幅分解的动力学方程中，R()称为增幅因子，其物理意义是表示了调幅生
22、长的速率，当 R()0，母相自发失稳分解；25. 有序化会对材料的热容、电阻率、磁学性质、力学性能等性质产生影响。重构型固态相变：在相变过程中物相的结构单元间发生化学键的断裂和重组，并形成一种崭新的结构，其形式与母相在晶体学上没有明确的位向关系。重构型相变一般是一级相变；扩散型相变；需要较大的激活能；相变的速率较慢；脱溶沉淀：从过饱和固溶体中析出第二相或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程。时效：过饱和的固溶体在室温放置或加热到一定温度下保持一段时间，使得溶质原子在固溶体点阵中的一定区域内析出、聚集、形成新相，引起合金的组织和性能的变化称为时效。脱溶的分类：按脱溶过程中母相成分的变化特点，
23、可分为连续脱溶与不连续脱溶连续脱溶：在合金的脱溶过程中，脱溶物附近基体中的浓度变化为连续的。连续脱溶又可分为均匀脱溶和非均匀脱溶两种。胞状沉淀（非连续脱溶或胞状脱溶）：脱溶物中的相浓度和母相的溶质浓度不连续。非连续脱溶的显微组织特征是在晶界上形成界限明显的领域，称为胞状物、瘤状物 。相间沉淀：低碳合金钢中，含有强碳化物形成元素（V、Mo、W、Cr、Nb、Ti） ，冷却时可能首先发生细小碳化物的析出。由于碳化物的析出是在奥氏体-铁素体（/a ）界面上呈周期性沉淀，所以叫相间沉淀。调幅分解：指某合金在高温具有均匀单相过饱和固溶体，但冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结构相同但成分不同的两个微
24、区，这种转变称为调幅分解。共析分解：一个母相同时转变为两个成分和结构均不相同的固相的转变。表达式为： 珠光体：共析转变的铁素体、渗碳体交替分布的片层状共析组织.珠光体转变：当含碳量为 0.77%的奥氏体（ ）冷却到共析温度（727） ，将分解成铁素体（）和渗碳体（Fe3C）的机械混合物，称为珠光体转变。贝氏体：钢中的贝氏体是过冷奥氏体的中温转变产物，它以贝氏体铁素体为基体，同时可能存在 -渗碳体或 -碳化物、残余奥氏体等相构成的组织。贝氏体铁素体的形貌多呈条片状，亚结构是位错。贝氏体相变：一般专指钢中奥氏体在珠光体和马氏体转变温度之间的转变。这种转变可发生在等温或连续冷却过程中。转变产物为贝氏
25、体。近来在非铁合金中也发现有类似钢中的贝氏体型转变上贝氏体：渗碳体分布在铁素体条之间。由于其中碳化物分布在铁素体条间，脆性大，易引起脆断，因此，基本无实用价值。下贝氏体：渗碳体或 -碳化物主要分布在铁素体条内部。铁素体条细小且无方向性，碳的过饱和度大，碳化物分布均匀，弥散度大，因而，它具有较高的强度和硬度、塑性和韧性。块状转变：母相在一定条件下转变为一种或多种成分与原始相相同而晶体结构不同的新相。块状转变也是一种中温转变，是一种介于马氏体转变和长程扩散型转变之间的中间型转变。有序化转变：某些合金在高温状态溶质、溶剂原子在点阵中无规分布，而在低温时出现有序分布，溶质、溶剂原子各自分布在特定的点阵
26、位置上。由无序状态到有序状态是一个原子交换的过程，被称为有序改变。有序度参量：简称序参量，是描述与物质性质有关的有序化程度和伴随的对称性质。 有序畴：有序化时，在固溶体内部先形成一些原子排列的微小区域，称为有序畴或反相畴。脱溶过程有什么普遍规律？1.时效温度越高，固溶体的过饱和度越小，脱溶过程的阶段也越少；2.在同一时效温度下合金的溶质原子浓度越低，其固溶体过饱和度就越小，则脱溶过程的阶段也就越少。连续脱溶有何规律？特征：新相析出是均匀形核；分布：均匀分布在基体中（与晶界、位错无关） ；共格关系：析出相与母相共格；析出相形态：片状或针状，沿一定惯习面析出随析出进行，共格关系破坏，析出相球化。简
27、述相间沉淀（析出）与珠光体转变的异同点？答：形核位置：相间析出在 / 界面处析出碳、氮化物；珠光体在 晶界形核；位相关系：相间析出的片层状结构与 之间有位相关系；珠光体三相之间有位相关系碳化物分布：相间析出碳化物平行与相界面呈极细颗粒；珠光体未片状或颗粒装形成温度范围：均有一范围成分：相间析出含有强碳、氮化物形成元素的低碳合金钢；珠光体在（亚、过）共析钢影响因素：相间析出受温度、碳含量冷却速度影响；珠光体转变受碳含量、加热温度、保温条件、原始组织等影响。胞状组织与珠光体组织的区别？珠光体中的两相与母相在结构和成分上完全不同。胞状物的两相中必有一相的结构与母相相同，只是其溶质原子浓度不同于母相而
28、已。过饱和固溶体的非连续脱溶与连续脱溶相比，除界面浓度变化不同外，还有何区别？ 前者伴生再结晶，而后者不伴生再结晶。在连续脱溶过程中，虽然应力和应变也是不断增加的，但般未达到诱发再结晶的程度； 前者析出物集中于晶界上，至少在析出过程初期如此，并形成胞状物；而后者析出物则分散于晶粒内部，较为均匀； 前者属于短程扩散，而后者属于长程扩散。下图是一个偏聚系统的示意性相图，请给出 1、2、3、4 相区的 的稳定性及成核情况。1 区：均匀的 是稳定的；2 区：均匀的 是亚稳定的，只有非共格相才能成核；3 区：均匀的 是亚稳定的，共格相能成核4 区：均匀的 是不稳定的，无形核障碍，出现调幅分解；请说明调幅
29、分解与形核长大型相变的区别？调幅分解与形核长大型相变的区别名称 调幅分解 形核长大型相变成分 连续变化，最后达到平衡 始终保持平衡，不随时间变化相界面 开始无明显相界面，最后才变明显 始终都有明显的相界面组织形态 两相大小分布规则，组织均匀，不呈球状 大小不一，分布混乱，常呈球状，组织均匀性差结构 结构与母相一致，成分与母相不同 结构、成分均不同什么是过冷奥氏体?钢加热至临界点以上，保温一定时间，将形成高温稳定组织奥氏体。奥氏体过冷至临界点以下，在热力学上处于不稳定状态，在一定条件下会发生分解转变，这种在临界点以下存在的且不稳定的、将要发生转变的奥氏体就是过冷奥氏体 。粒状珠光体的形成过程？粒
30、状珠光体是通过片状珠光体中渗碳体的球状化而获得的。若将片状珠光体加热至略高于 点的温度，则得到奥氏体加未完全溶解渗碳体的混合组织。在此温度下保温将使片状渗碳体球状化。然后缓慢冷却至 点以下时，奥氏体转变为珠光体，最后得到渗碳体呈颗粒状分布的粒状珠光体。请对片状与粒状珠光体的性能进行比较。在成分相同的情况下，与片状珠光体相比，粒状珠光体的强度、硬度稍低，而塑性较高。粒状珠光体的切削性好，对刀具的磨损小，冷挤压时的成形性也好。粒状珠光体的性能还取决于碳化物颗粒的形态、大小和分布。在相同抗拉强度下，粒状珠光体比片状马氏体的疲劳强度有所提高。根据下图，以交替形核长大机制阐述珠光体的形成过程。1.均匀奥
31、氏体冷却到 A1 点以下时，由于能量、结构与成分起伏首先在过冷奥氏体的晶界上（孪晶界和未熔碳化物的边界上也可以）形成一小片渗碳体晶核。2.渗碳体晶核刚形成时可能与奥氏体保持共格关系，为减少应变能而呈片状。渗碳体晶核不仅沿着纵向长大，而且也向横向长大，不断吸收周围碳原子(图 a)。3.Fe3C 横向长大时，吸收两侧奥氏体中的 C 而使其碳浓度降低（即在 Fe3C 两侧或 A 晶界上形成贫碳区） ，当奥氏体的碳含量降低到足以形成铁素体 时，就在 Fe3C 片两侧形成铁素体 片（图 b)4.新形成的铁素体 片除了伴随渗碳体片纵向长大外，也向横向生长。铁素体横向长大时，向侧面奥氏体中排出多余的 C 而
32、使其碳浓度增高，从而促进在铁素体侧面形成新的渗碳体片，如此循环进行下去，就形成了渗碳体-铁素体相间的片层组织。5.珠光体的横向长大是靠渗碳体片和铁素体片不断增多来实现的。同时，在晶界其他部位也可能产生新的具有另一长大方向的渗碳体晶核（图 c） 。6.在奥氏体中，各种不同取向的珠光体不断长大，同时在晶界或相界上又不断产生新的晶核并不断长大（图 d、e） 。7.直到各个珠光体群相碰，奥氏体全部转变为珠光体时，珠光体形成即告结束（图 f） 。贝氏体相变的特征?1 有一个温度变化范围，对应的有一个上限温度 Bs 点。2 贝氏体相变产物的组织形态与形成温度密切相关3 贝氏体相变动力学。需要一定的孕育期，
33、曲线也为 C 曲线。4 贝氏体相变的扩散。只有碳原子扩散。5 贝氏体相变的晶体学特征。产生浮突现象，另外与母相存在一定的惯习面。对贝氏体相变机制及贝氏体定义尽管有不同的观点，但对贝氏体相变的仍存在一些共识，请问这些共识有哪些？转变温度：过冷奥氏体在中温区发生的非平衡相变，转变有孕育期；转变过程：主要是贝氏体铁素体的形核及长大，温度不同得到的组织不同；相组成物：贝氏体铁素体基体+ 碳化物的非层状组织，还有残余奥氏体；相变特点：切变共格和扩散型相变，即半扩散型相变，有表面浮凸效应相变过程：由一个单相转变为两个相的过程。相变过程中有碳原子的扩散，碳的扩散速度控制贝氏体转变速度并影响组织形貌。上贝氏体
34、转变的主要特征？1）形成温度：在 B 相变区的较高温度区内，普通的中、高 C 钢中，上 B 形成温度范围 约 350550，而低 C 钢要高些。2）形态特征：整体形态呈羽毛状，光学显微镜下可见成束平行排列的自晶界向晶粒内生长的 F 条和条间的渗 C 体组成的非层状组织，具有羽毛状特征。 3）转变温度越低，条越细而密集。4）随着 A 中 C，B 中 F 条变薄。渗 C 体在 F 条间呈粒状、链球状分布，夹有残余 A,上贝氏体中的碳化物是从 中脱溶而出的。下贝氏体转变的主要特征？1）形成温度：在 B 相变区的较低温度区内，约 350Ms ；2）形态特征：整体形态呈片状，片状铁素体和其内部沉淀出粒状
35、或短条状且沿着与铁素体长轴成5565碳化物；3）转变温度越低，铁素体片越小，碳化物也越细小；钢中贝氏体的组织形态有哪些？在贝氏体相变区较高温度范围内形成的贝氏体称为上贝氏体，呈羽毛状、条状或针状，少数呈椭圆形或矩形 在贝氏体相变区较低温度范围内形成的贝氏体称为下贝氏体，呈暗黑色针状或片状，而各片之间都有一定的交角 粒状贝氏体 无碳化物贝氏体根据下图，阐述高温区贝氏体相变的过程。 贝氏体铁素体(BF)在奥氏体晶界形核，初形成的 BF 过饱和度很小，以共格切变方式向晶粒内一侧长大，形成相互平行的 BF 板条束。 与此同时，由于转变温度较高，在 BF 中的碳原子可以越过 BF/A 相界面向 A 中扩
36、散，直至达到平衡浓度。 通过相界面进入 A 的碳能很快向远离界面处扩散，不至于在界面附近产生积聚，所以富碳 A 的碳含量不会超过 Acm 线的延长线，从而不会从 A 中析出碳化物。 在随后的冷却过程中，富碳奥氏体可以转变为马氏体，也可以保持到室温而成为富碳的残余奥氏体。根据下图，阐述中温区贝氏体相变的过程。 BF 在奥氏体晶界形核，以共格切变方式向晶粒内一侧长大，形成相互平行的 BF 板条束。 与此同时，碳原子越过 BF/A 相界面向 A 中扩散。 由于转变温度降低，进入相界面附近 A 中的碳原子已不能向远处扩散，尤其是铁素体板条间奥氏体中的碳原子，在这些地方将产生碳的堆积。 随着 BF 的长
37、大，铁素体板条间奥氏体中的碳含量显著升高，当超过 Acm 线的延长线时，将从奥氏体中析出不连续的碳化物（Fe3C） ，从而形成羽毛状上贝氏体。根据下图连续冷却曲线，指出各标记曲线的冷却速率与相态的关系。曲线：慢速冷却，产生等轴状 相；曲线：稍快冷速，产生魏氏组织形态的 相；曲线：中等冷速，产生块状型 m；曲线：最高冷速，产生马氏体；块状转变的主要特点？无成分变化。这一特点与马氏体型无扩散相变相同；界面迁移速率比一般长程扩散型相变的界面迁移速率高得多；具有不规则晶界的非等轴的块型形貌；块状转变的发生需要什么条件？冷却速度要快，以阻止长程扩散而生成平衡相；但冷却速度又不能太快，以免连短程的热激活扩
38、散也被抑制；所以块型相变在动力学上介于平衡反应与马氏体相变之间；块型转变与马氏体转变的主要区别？两者的形成机理不同块型转变是通过热激活的非共格界面的推进长大的，原子只做几个原子间距的扩散；马氏体转变是通过切变来进行晶格变化的。两者的转变方式不同马氏体是成分不变协同型转变（无扩散相变） ；块型转变是成分不变的非协同型转变（无扩散相变） ；两者的形貌不同块型转变组织形貌是板块状马氏体转变组织形貌主要是板条状、针状（透镜状）有序化的两个基本条件？(1) 异类原子的相互吸引力必须大于同类原子的吸引力，以便有序化时降低能量。即：()/2ABBE(2) 固溶体晶体成分相当于一定的化学式成份，为 AB、A3
39、B 或 AB3。因为只有这样才能在完全有限的结构中，AB 原子全部都能按比例各自占据点阵中规定的某一位置。第三章 位移型固态相变1要想改善碳钢在加工过程中的切削加工性能，宜采取的中间热处理工艺为 a 。（a）退火 （ b）淬火 （c ）回火 （d）正火2在 Ms 点以上由变形产生的马氏体为 b 。(a)应力促发马氏体 (b)形变诱发马氏体 (c)淬火马氏体 (d)热弹性马氏体3位移型相变可分为两类，即 点阵畸变相变与调位型相变，马氏体相变属于其中的点阵畸变相变4根据铁电体的极化轴的多少分为单轴铁电体与多轴铁电体两类。铁弹畴可用化学腐蚀法和偏光显微镜法等方法进行观察。5奥氏体是 碳溶于 铁 固溶
40、体，碳原子位于 八面体中心 位置， 钢中马氏体是 碳在 铁中的过饱和 固溶体，具有 体心正方 点阵6影响钢的 Ms 点的最主要因素是 碳含量 ，Ms 随 碳含量 升高而 降低 。7马氏体转变时 K-S 关系是指 110 | 111 ( 晶面关系)，111| 110 (晶向关系) 。8调位型相变的相变过程有 B 原子位移和氧八面体倾侧两种机理，BaTiO3 极化属于其中的 B 原子位移机制，而 SrTiO3 发生立方-四方的位移相变属于其中的 氧八面体倾侧机制。9BaTiO3 实现了 的相变顺序过程，1205-90CCC 顺 电 相 铁 电 相 铁 电 相 铁 电 相则各相的晶体结构依次分别为：
41、立方晶系、四方晶系、正交晶系、三角晶系，则 B 位离子中心位移分别沿着四重轴的平移、二重轴的平移、三重轴的平移。10氧八面体绕不同对称轴扭转的方式有 3 种，即四方扭转、正交扭转、菱面体扭转。轴比 c/a 称为马氏体的 正方度，c/a 的值取决于其碳含量的高低。11M 转变的切变模型有 Bain 模型 ， K-S 模型 ， G-T 模型 。12马氏体相变区别于其他相变最基本的特点只有两个：一是相变以切变共格方式进行；二是相变的无扩散性，其他特点均可由这两个基本特点派生出来。13一般认为马氏体核胚呈薄圆片状，惯习面为225 ，其界面是由左、右螺旋位错圈和正、负刃型位错所构成，界面两侧保持 KS
42、关系。14马氏体相变表象理论的矩阵代数分析，只需三组参数 M = RBP 即可完成操作，其中，B 代表均匀应变、P 代表 不均匀应变 、R 代表刚性旋转。15钢中马氏体的有多种组织形态，其中板条马氏体和片状马氏体最为常见。位移型相变：发生相变时，通过原子移动，产生形变和键角的改变，但价键并不发生断裂（电子云不重新分布） ，原子邻近的拓扑关系仍保持不变。不变平面：即相变中相界面（惯习面）无畸变、无转动的平面。不变平面应变：造成均匀切变且惯习面为不变平面的应变为不变平面应变。点阵不变应变：滑移和孪晶产生的切变不改变晶体结构，也不改变体积，只减小总的形状变化和应变能，因而叫做点阵不变应变（形变） 。
43、铁电体：在一定温度范围内具有自发极化，而且自发极化方向可以随外电场反向而反向的晶体，也称铁电相。反(非)铁电体：在一定温度范围内相邻离子联线上的偶极子呈反平行排列，宏观上自发极化强度为零，无电滞回线的材料，称为反（非）铁电体，或非铁电相，或顺电相。铁电体的居里点：当温度高于某一临界温度 Tc 时，晶体的铁电性消失，而且晶格结构也发生转变，这一温度是铁电体的居里点。电畴：由自发极化方向相同的晶胞所组成的小区域便称为电畴。电畴运动：铁电体的自发极化在外电场作用下反转时，晶体的电畴结构也要发生相应的改变。电畴结构在外场作用下发生改变的过程称为电畴运动。铁弹性：外应力 改变时，自发应变 滞后于应力变化
44、，且应力与应变是非线性关系，在周期性应力作用下，自发应变与应力的关系曲线类似于铁电体的电滞回线，称为力滞回线，故命名为铁弹性。铁弹相变：铁弹体从高温顺弹相转变到低温铁弹相时，从高对称相变为低对称相的物相变化称为铁弹相变。可以是一级相变或二级相变。铁弹畴：铁弹体内部自发应变方向一致的区域称为铁弹畴；相邻两铁弹畴之间的过渡层称为畴壁。马氏体：马氏体的确切定义为：马氏体是母相在过冷状态或是应变过程中按无扩散的、以惯习面为不变平面共格切变的固态相变的产物。马氏体相变：是指原子或置换式原子无扩散共格切变，引起形状改变和表面浮凸的相变。相变时原子沿相界面作协调运动，产生均匀和不均匀形变。自触发形核：由于爆
45、发转变时马氏体晶核是由转变开始时形成的第一片马氏体触发形成的，故称为自触发形核。赝马氏体相变：将相界面不清晰、对缺陷不敏感、界面移动可由孤立子模型来描述的马氏体相变称为赝马氏体相变。位移型相变的特点？1.相变前后不涉及化学键的破坏，只是原子间键长、键角的调整。2.新旧相有一定的晶体学关系。原子位移很小，而且原子是沿一定晶面或晶向整体地有规律地相对移动。3.位移型为无扩散相变。相变过程不存在原子或离子的扩散,或虽存在扩散,但不是相变所必需的或不是主要过程的。4.相变可能是一级相变，或弱的二级相变。5.相变需要的能量低、相变潜热较小或完全消失。速率快。点阵畸变相变的特点？（1）迁移具有协同性；（2
46、）即使原子位置调整也并不决定相变的动力学及形态；（3）一般伴随着体积和形状的变化，且变化受母相约束；（4）多为一级相变，一般多为应变能控制；（5）相变变化的最小结构单元是全部点阵；调位型相变的特点？（1）原子位置调整决定相变的动力学及形态；（2）以界面能的控制为主；（3）一般为二级相变，或弱的一级相变；（4）对称性下降，相变变化的最小结构单元是某类原子或电子；马氏体相变的主要特征？切变共格和表面浮突现像 无扩散性 具有特定的位相关系和惯习面 在一个温度范围内完成相变 可逆性。赝马氏体相变的特征？1.点阵畸变小而且是切变主导型的，点阵畸变的变化是连续或接近连续的；2.带状内部孪晶化结构；3.力学
47、点阵软化；为何片状马氏体中存在显微裂纹？片状马氏体显微裂纹是其形成时产生的，先形成的第一片马氏体贯穿整个原奥氏体晶粒，将奥氏体晶粒分成两部分，使后形成的马氏体片大小受到限制，同时后形成的马氏体片不断撞击先形成的马氏体，由于马氏体形成速度极快，相互撞击，同时还与奥氏体晶界撞击，产生相当大的应力场，另外由于片状马氏体含碳量较高，不能通过滑移或孪生等变形方式消除应力，因此片状马氏体出现显微裂纹。马氏体相变晶体学表象理论的主要实验基础有哪些？包括以下四点：在宏观范围内，惯习面是不变平面(无应变, 无转动） ；在宏观范围内，改变马氏体形状的应变，源于不变平面的应变；惯习面的位向有一定的分散度；在微观范围
48、内，马氏体内部结构是不均匀的。建立马氏体相变晶体学表象理论的有哪些基本原理？答：在实验基础上，提出了马氏体晶体学表象理论，指出马氏体相变时所发生的整个宏观应变应是下面三种应变的综合：（1）发生点阵应变（Bain 应变） ，形成马氏体新相的点阵结构。但是 Bain 应变不存在不变平面，不变长度的矢量是在圆锥上，所以要进行点阵不变切变。（2）简单切边，点阵不变非均匀切变，在马氏体内发生微区域变形，不改变点阵类型，只改变形状，通过滑移、孪生形成无畸变面。（3）刚体转动，得到的无畸变的平面转回到原来的位置去，得到不畸变、不转动的平面。用 W-R-L 理论来表示：P 1=RPB，P 1 为不变平面应变的形状变形，B 为 Bain 应变、用主轴应变来表示，R为刚体转动、可以用矩阵来表示，P 为简单应变。奥氏体转变为马氏体的有哪些关键性条件？第一，快速冷却；第二，深度过冷 TMs。快速冷却是为了抑制过冷奥氏体发生珠光体和贝氏体转变；深度过冷是为了获得足够的马氏体转变的驱动力。Ms 点的定义和物理意义？定义：即为奥氏体和马氏体两相自由能差达到相变所需最小驱动力值时的温度。物理意义：显然，若 To 点一定，Ms 点越低，则相变所需的驱动力就越大。反之，Ms 点高时，相变所需的驱动力则减小。所以，马氏体相变驱动力 G 与 (To-Ms) 成比例，即： G
